Nấm chết chóc trong các mộ vua Ai Cập

Vi khuẩn là con dao hai lưỡi - chúng có thể gây hại cho con người, nhưng cũng mang trong mình khả năng chữa lành bệnh tật. Penicillin, loại dược phẩm nổi tiếng nhất được làm từ nấm, đã cách mạng hóa y học. Giờ đây, các nhà nghiên cứu đang đào sâu hơn nữa - theo đúng nghĩa đen - để tìm kiếm các phương pháp điều trị mới. Nguồn gốc mới nhất của chúng? Một loại nấm từng ám ảnh các lăng mộ cổ, và mang đến một lời nguyền thực sự cho những nhà thám hiểm và nhà khảo cổ học đủ can đảm và liều lĩnh để mạo hiểm vào những nơi chôn cất linh thiêng đó.

Một mẫu Aspergillus flavus được nuôi cấy tại Phòng thí nghiệm. Ảnh Bella Ciervo

Aspergillus flavus, một loại nấm mốc được biết đến với khả năng sống sót trong các hầm mộ kín hàng nghìn năm trước khi gây nguy hiểm cho các nhà khảo cổ học và phi hành đoàn của họ, giờ đây đã được phát hiện chứa một hợp chất có khả năng làm điều ngược lại - thách thức cái chết bằng khả năng bất ngờ chống lại ung thư. Một nghiên cứu mới do Khoa Kỹ thuật và Khoa học Ứng dụng thuộc Đại học Pennsylvania, Mỹ dẫn đầu, được công bố trên tạp chí Nature Chemical Biology, cho thấy chỉ cần một chút thay đổi nhỏ về mặt hóa học, một chất do loại nấm này tạo ra thậm chí có thể cạnh tranh với các loại thuốc điều trị bệnh ung thư bạch cầu đã được Cơ quan Dược phẩm Mỹ (FDA) chấp thuận.

Ký sinh nguy hiểm trên thực vật và thực phẩm

Aspergillus flavus nổi tiếng là một loại nấm mốc nguy hiểm chết người. Được biết đến như một loại nấm mốc phổ biến trên cây trồng. Chúng là một loại nấm đất phổ biến và chủ yếu hoại sinh, phát triển trên mô thực vật chết trong đất. Loài này cũng là một loài ký sinh tùy tiện trên nhiều loại thực vật và thường ký sinh trên các loại hạt giàu dầu như ngô, đậu phộng, hạt bông và các loại hạt cây (hạnh nhân và hồ trăn), cũng như các loại cây trồng khác như lúa mạch, lúa mì và gạo. Aspergillus flavus là một tác nhân gây bệnh cơ hội cho động vật và con người, đặc biệt là ở những người bị suy giảm miễn dịch. Nhiễm trùng do A. flavus đã trở thành nguyên nhân hàng đầu thứ hai gây ra bệnh aspergillosis ở người, sau Aspergillus fumigatus. Do tính chất phổ biến của nó, A. flavus đã được phân lập từ nhiều loại thực phẩm, bao gồm quả nho khô, chanh chua, hạt ca cao, các sản phẩm thịt khô hun khói, giăm bông hun khói, cá muối khô và gia vị. Chúng cũng liên quan đến các tình trạng như áp xe gan và viêm đường mật. Đặc điểm của loài này là sợi nấm có vách ngăn với các nhánh góc nhọn và có thể được xác định bằng nhuộm bạc methenamine hoặc nhuộm PAS, cũng như các kỹ thuật nuôi cấy PCR.

Kiểm tra bằng kính hiển vi các chủng Aspergillus flavus. Ảnh researchgate.

Mối nguy hiểm từ lăng mộ cổ

Nấm là mối nguy hiểm tiềm tàng trong các ngôi mộ cổ, bào tử của nó có liên quan đến những cái chết bí ẩn - từ cuộc khai quật của Vua Tutankhamun vào những năm 1920 đến vụ việc tại lăng mộ Hoàng gia Ba Lan vào những năm 1970, dường như đã khiến một số nhà khảo cổ học thiệt mạng. Loại nấm này sản sinh ra độc tố và có thể gây nhiễm trùng đường hô hấp nghiêm trọng, đặc biệt là ở những người có hệ miễn dịch suy yếu. Nhưng giờ đây, các nhà khoa học đang đảo ngược tình thế. Hợp chất đang được nghiên cứu thuộc nhóm RiPP, là các peptide được tạo ra bởi ribosome (bào quan tế bào thiết yếu cho quá trình sản xuất protein) và sau đó được biến đổi về mặt hóa học để tăng cường chức năng của chúng.

Nhiều RiPP đã được tìm thấy trong vi khuẩn, nhưng nấm hầu như vẫn bị bỏ qua - thường bị xác định nhầm hoặc hiểu chưa đầy đủ. Điều đó đang thay đổi. Để săn lùng các RiPP nấm đầy hứa hẹn, nhóm nghiên cứu đã sàng lọc hàng chục loài Aspergillus, tìm kiếm các manh mối hóa học. A. flavus là một ví dụ nổi bật. "Quá trình tổng hợp các hợp chất này rất phức tạp", tác giả chính của nghiên cứu, Qiuyue Nie, cho biết trong một thông cáo báo chí. "Nhưng đó cũng chính là lý do mang lại cho chúng hoạt tính sinh học đáng chú ý này".

Chống lại tế bào ung thư

Sau khi tinh chế 4 RiPP khác nhau, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng các phân tử này có chung cấu trúc vòng liên kết độc đáo. Các nhà nghiên cứu đặt tên cho những phân tử này, chưa từng được mô tả trước đây, theo tên loài nấm mà chúng được tìm thấy: asperigimycin.

Ngay cả khi không có biến đổi, khi được trộn với tế bào ung thư ở người, asperigimycin đã chứng tỏ tiềm năng y học: hai trong số bốn biến thể có tác dụng mạnh mẽ chống lại các tế bào ung thư bạch cầu. Một biến thể khác, được các nhà nghiên cứu bổ sung một lipid, hay phân tử chất béo, cũng được tìm thấy trong sữa ong chúa, nuôi dưỡng ong đang phát triển, có hiệu quả tương đương với cytarabine và daunorubicin, hai loại thuốc được FDA chấp thuận và đã được sử dụng trong nhiều thập kỷ để điều trị bệnh bạch cầu.

Giải mã sự xâm nhập tế bào

Để hiểu tại sao lipid làm tăng hiệu lực của asperigimycin, các nhà nghiên cứu đã chọn lọc chức năng bật và tắt các gen trong tế bào ung thư bạch cầu. Một gen, SLC46A3, tỏ ra rất quan trọng trong việc cho phép asperigimycin xâm nhập vào tế bào ung thư bạch cầu với số lượng đủ lớn.

Gen đó giúp vật chất thoát khỏi lysosome, những túi nhỏ chứa các vật chất lạ xâm nhập vào tế bào người. "Gen này hoạt động như một cánh cổng", Nie nói. "Nó không chỉ giúp asperigimycin xâm nhập vào tế bào mà còn có thể cho phép các 'peptide vòng' khác làm điều tương tự". Giống như asperigimycin, những hóa chất này có đặc tính dược liệu - gần hai mươi peptide vòng đã được phê duyệt lâm sàng kể từ năm 2000 để điều trị các bệnh đa dạng như ung thư và lupus - nhưng nhiều loại trong số chúng cần được biến đổi để xâm nhập vào tế bào với số lượng đủ lớn. "Việc biết rằng lipid có thể ảnh hưởng đến cách gen này vận chuyển hóa chất vào tế bào mang đến cho chúng ta một công cụ khác để phát triển thuốc", Nie nhấn mạnh.

Ngô mốc gây ngộ độc do nhiễm nấm Aspergillus flavus. Ảnh dreamstime.

Thông qua các thử nghiệm tiếp theo, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng asperigimycin có khả năng làm gián đoạn quá trình phân chia tế bào. "Tế bào ung thư phân chia không kiểm soát," đồng tác giả chính Sherry Gao giải thích trong thông cáo báo chí. "Những hợp chất này ngăn chặn sự hình thành các vi ống, vốn rất cần thiết cho sự phân chia tế bào". Đáng chú ý, các hợp chất này hầu như không có tác dụng đối với tế bào ung thư vú, gan hoặc phổi - hoặc một loạt vi khuẩn và nấm - cho thấy tác dụng phá hủy của asperigimycin chỉ đặc hiệu với một số loại tế bào nhất định, một đặc điểm quan trọng đối với bất kỳ loại thuốc nào trong tương lai.

Hướng đi trong tương lai

Ngoài việc chứng minh tiềm năng y học của asperigimycin, các nhà nghiên cứu đã xác định được các cụm gen tương tự ở các loại nấm khác, cho thấy vẫn còn nhiều RiPPS nấm cần được khám phá. "Mặc dù chỉ mới tìm thấy một số ít, nhưng hầu hết chúng đều có hoạt tính sinh học mạnh", Nie cho hay. "Đây là một lĩnh vực chưa được khám phá với tiềm năng to lớn”.

Nhiều nhà khảo cổ, du khách thiệt mạng khi thăm mộ cổ do nhiễm Aspergillus flavus. Ảnh Scott Rothstein/Shutterstock

Bước tiếp theo là thử nghiệm asperigimycin trên mô hình động vật, với hy vọng một ngày nào đó sẽ chuyển sang thử nghiệm lâm sàng trên người. "Thiên nhiên đã ban tặng cho chúng ta một loại dược phẩm tuyệt vời này", Gao phân tích. "Chúng ta phải khám phá bí mật của nó. Là những kỹ sư, chúng tôi rất hào hứng được tiếp tục khám phá, học hỏi từ thiên nhiên và sử dụng kiến thức đó để thiết kế các giải pháp tốt hơn".

Kháng sinh từ nấm đột phá ngừa ung thư di căn

Tìm hiểu cách một loại thuốc thiết yếu trong tủ thuốc của chúng ta có khả năng hỗ trợ hệ miễn dịch chống lại ung thư di căn.

Kháng sinh Aspirin từ nấm là giải pháp đột phá ngừa ung thư di căn. Ảnh Shane Maritch/Shutterstock

Mỗi ngày, khoảng 29 triệu người ở Hoa Kỳ dùng aspirin liều thấp như một loại thuốc làm loãng máu để giảm nguy cơ mắc các bệnh tim mạch, chẳng hạn như đau tim và đột quỵ. Aspirin ngăn ngừa cục máu đông bằng cách ngăn chặn tiểu cầu, kết tụ lại với nhau. Nghiên cứu hiện tại cho thấy aspirin có thể có một lợi ích dược lý khác - ngăn ngừa sự tiến triển của ung thư. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng những người dùng aspirin liều thấp có nguy cơ di căn thấp hơn ở ung thư vú, ruột và tuyến tiền liệt, truyền cảm hứng cho các nhà nghiên cứu tại Đại học Cambridge, Anh khám phá cơ chế đằng sau tác dụng này. Nghiên cứu của họ, được công bố trên tạp chí Nature, chứng minh aspirin có thể làm giảm di căn của một số loại ung thư bằng cách kích thích hệ miễn dịch.

Di căn xảy ra khi các tế bào ung thư tách khỏi khối u ban đầu và lan sang các bộ phận khác của cơ thể. Vì 90% số ca tử vong do ung thư gây ra khi bệnh đã ở giai đoạn cuối (giai đoạn 4), nên di căn là biến chứng nguy hiểm nhất của ung thư. Ngay cả những bệnh nhân được điều trị ở giai đoạn đầu của bệnh vẫn có thể phát triển di căn sau nhiều tháng, thậm chí nhiều năm do các tế bào ung thư di căn sớm, vẫn ở giai đoạn tiềm ẩn và không bị đào thải trong quá trình điều trị.

Nguyễn Long